半導體的材料隨著產品的應用和需求而不斷演進。例如，第一代半導體的主流材料是矽（Si），又稱矽晶圓； 到了第二代， 則以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）的三五族化合物半導體為主；到了第三代，則以碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）為主要材料的寬能隙（Wide Band Gap, WBG） 半導體，由於能耐高壓、高溫、高頻等特性，符合要求高能源轉換效率的5G 和電動車產品的應用需求，成為半導體新紀元的明星。

其中，碳化矽對電動車的輕量化、提升續航力和減少電池成本和充電時間，更是至關重要。

碳化矽俗稱金剛砂，具備低阻抗、高頻率、高導電性、高導熱性等特性，非常適合製造大功率汽車電子元件，尤其是電動車的電源設計，例如主機逆變器（又稱牽引逆變器）、車載充電器和DC/DC 轉換器。主機逆變器是電動車傳動系統的主要元件，可將車輛高電壓電池提供的直流電流（DC），轉換為電動馬達所需要的交流電流（AC），藉以產生移動車輛所需的扭矩，使用碳化矽功率元件可提高逆變器的效能，可提升車輛加速度及行車距離（即續航力）。最早應用碳化矽元件的特斯拉Model 3，續航里程就大幅提升至619公里。

此外，假設逆變器保持功率不變，採用碳化矽的功率元件，重量會更輕、尺寸更小，系統可朝小型化、輕量化發展。

但目前全球碳化矽製造加工技術仍未成熟，不僅長晶（生長碳化矽單晶）技術門檻高，生產高品質的基板（如同提供單晶體生長的地基）和磊晶（在基板上形成結晶薄膜）的製造難度高，從切割、薄化、研磨、拋光等加工技術難度也高，技術仍待精進。

根據法國的市場分析公司Yole Développement 估算，2021 年每輛電動車中，碳化矽功率元件為汽車製造商節省的電池成本達750 美元。未來，若能掌握碳化矽技術，將更有助益於降低電動車及電池成本。

IDM 占車用市場四成

以車用晶片製程來看，目前主要以8 吋廠供貨為主，部分用到12 吋廠成熟製程。在2022 年電動車和整體汽車晶片的需求強勁上升，特斯拉、福特、通用、福斯、現代汽車等大廠，甚至宣布自行設計晶片，小量、客製化的高度需求，也將推動8 吋晶圓廠的產能提升。

然而，台灣半導體業在車用領域所占比例，一直落於手機及個人電腦之後，遠遠比不上國外的IDM 大廠。

由於車用認證規格的特殊性，必須由上游到下游高度整合，許多車用IC 領導廠商都是IDM 廠，集設計、製造、封裝測試於一體的IDM，可以配合車廠需求客製化產品，利於控管品質，是一般供應鏈不易打入車輛產業的原因，車用IC 外包的比重大約在二至三成。

以2020 年而言，全球車用半導體的總產值約374 億美元，車用半導體大廠英飛凌、恩智浦、瑞薩、德州儀器及意法半導體占了市場超過四成，台積電僅占4％多。

近幾年 IC 產業面臨兩大隱憂，一是 IC 缺貨的情況，短期難以改善；二是晶片需求全方位增加，供需嚴重失調。台灣 IC 產業擁有最大產能，又有最快速的增產能力，等於手握最有利的解方，目前在車用半導體產業比例雖然偏低，但相對也顯示未來有很大的成長機會。

本文節錄自《電動車產業大未來》，由天下文化授權轉載。